COMO MELHORAR A RESISTÊNCIA DE BORRACHAS NITRÍLICAS AO ATAQUE DO OZÔNIO.

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INTRODUÇÃO

As borrachas nitrílicas (NBR) possuem excelente resistência ao ataque de solventes, óleos e combustíveis. Entretanto, outros tipos de borrachas apresentam uma melhor resistência ao ataque do ozônio do que a NBR.

Visando melhorar essa aparente deficiência, os fabricantes de borracha nitrílica desenvolveram misturas desse elastômero com poli(cloreto de vinila) (NBR/PVC). Suas principais aplicações são na indústria automotiva, isolamento de fios e cabos, solados de segurança, lençóis de impermeabilização, correias transportadoras, gaxetas e rolos de impressão.

O PVC quando misturado corretamente à NBR, empresta ao “blend”, sua principal característica, que é a boa resistência ao ozônio.

As exigências do mercado, vem requisitando, cada vez mais, uma maior resistência ao ozônio desses polímeros. Como solução para essa nova solicitação, novos “blends” de NBR/PVC, com maiores teores da resina que os 30% normalmente utilizados, são uma das soluções para essa nova exigência.

O estudo a seguir comprova a melhor resistência ao ozônio do “blend” NBR/PVC @ 60/40 em relação ao tradicional 70/30.

TABELA 1

MATERIAL phr NBR/PVC (70/30 ou 60/40) 100 NEGRO DE FUMO HAF 330 40,0 ÓXIDO DE ZINCO 3,0 ESTEARINA TRIPLA 1,0 ENXOFRE 1,5 SANTOCURE NS 0,7 TABELA 2 PROPRIEDADE REOMÉTRICA NBR/PVC 70/30 NITRIFLEX NBR PVC 60/40 NITRIFLEX ML (lb.in) 7,4 6,4 MH (lb.in) 23,2 21,0 Ts1 (min.) 2,9 4,2 T90% (min.) 15,5 20,5

Motor: 30 min.; Range: 50; Arco: 10_{; Temperatura: 160}0_C

Na figura 1, fica evidenciada a perda de massa. O produto com 30% de PVC apresentou perda quatro vezes menor do que o produto com 40% de PVC. Este fato ocorreu, muito

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NITRIFLEX S. A. INDÚSTRIA E COMÉRCIO – Baseado em trabalho apresentado na: III Jornada

utilizados na estabilização e lubrificação do PVC pelo óleo de teste. -0,4 -1,6 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 % óleo FIGURA 1 A B

INCHAMENTO após envelhecimento em óleo A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

Na figura 2, temos a variação do alongamento com os teores de PVC originais e após o envelhecimento em ar e em óleo. Nota-se que os produtos apresentam resultados semelhantes, com um maior alongamento inicial para o produto com maior teor de borracha.

Após o envelhecimento ao ar, independentemente do teor de PVC, todos os produtos apresentaram resultados muito semelhantes, o que denota uma maior perda para o produto com maior teor de borracha.

Pode-se concluir que o grau de ataque da temperatura, sobre os polímeros ensaiados, levou a uma estrutura final semelhante, onde o PVC não atuou como proteção à degradação.

Na teste de envelhecimento em óleo, o ataque é diferente. Ocorreu uma queda mais acentuada de alongamento do produto com 30% de PVC. O parcial efeito plastificante do óleo utilizado no ensaio mantem os valores de alongamento, mais próximos dos valores originais, nos compostos com menor teor de NBR. Aparentemente, temos uma contradição, pois houve perda de massa e não inchamento em todos os “blends”, conforme evidenciado no gráfico 2. Uma explicação poderia ser, a “troca” dos componentes de baixo peso molecular utilizados no “dry-blend” de PVC pelo óleo

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453 373 220 ₂₁₃ 380 334 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 % original ar óleo FIGURA 2 A B

Variação do ALONGAMENTO antes e após envelhecimento A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

Na figura 3, analisamos o efeito do envelhecimento forçado sobre a dureza. A maior dureza original dos produtos com maior teor de PVC era esperada. Contudo, o efeito do envelhecimento ao ar, enrijecendo os polímeros é sentido de mesma forma, denotado pelo aumento de quatro pontos de dureza dos produtos.

No envelhecimento no óleo, o produto com 70% de NBR, sofreu apenas ação da temperatura, terminando com o mesmo valor de dureza do envelhecimento ao ar.

88 92 92 96 92 86 80 82 84 86 88 90 92 94 96 original ar óleo FIGURA 3 A B

Variação da DUREZA Shore A antes e após envelhecimento A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

Já o produto com 60% de NBR e 40% de PVC, sofreu maior variação da propriedade, apresentando dureza cerca de seis pontos abaixo do valor original, indicando que o maior teor de PVC contribuiu para permitir um maior ataque do óleo.

A figura 4 evidencia a variação da tensão de ruptura com os envelhecimentos estudados. Mais uma vez podemos notar o efeito da temperatura, mas não o do óleo sobre o produto com maior teor de nitrílica. De mesma forma, o produto com 40% de PVC volta a apresentar efeito do ataque

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plastifica o polímero final.

23 19 25 25 27 23 0 5 10 15 20 25 30 N/mm 2 original ar óleo FIGURA 4 A B

Variação da TENSÃO DE RUPTURA antes e após envelhecimento A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

A tabela 4 apresenta os dados plotados nos gráficos acima comentados. TABELA 3 PROPRIEDADE A B ALONGAMENTO (%) original 453 373 envelhecido em ar 220 213 envelhecido em óleo 380 334 DUREZA SHORE A original 88 92 envelhecido em ar 92 96 envelhecido em óleo 92 86 MÓDULO @ 300% (N/mm2 ) original 19 19 ar -x- -x-óleo 24 22 TENSÃO DE RUPTURA (N/mm2 ) original 23 19 envelhecido em ar 25 25 envelhecido em óleo 27 23 TEOR DE INCHAMENTO (%) envelhecido em óleo - 0,4 - 1,6 A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

Como vimos, o efeito de exposição à temperatura, por tempo prolongado, foi o pior tipo de ataque que o polímero sofreu, pois é o que mais diminuiu o valor original de suas propriedades.

Para verificar o comportamento quanto ao ataque da temperatura sobre o polímero cru, efetuamos teste de

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polímero cru em moinho de rolos @ 160oC, retirando-se amostras de dez em dez minutos até um tempo final de 30 minutos e analisando-se a propriedade de viscosidade “Mooney”, para verificar a ação do ataque térmico no polímero.

A figura 5 plota os valores de viscosidade “Mooney” encontrados no teste descrito acima

FIGURA 5 37 39 41 43 45 47 49 51

o min. 10 min. 20 min. 30 min.

MS 3+4 @ 100

o C

A B

Variação de VISCOSIDADE “MOONEY” em teste de estabilidade térmica dinâmica A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40;

As curvas de variação da viscosidade “Mooney”, dão uma indicação do peso molecular. Dessa forma, é possível verificar que o produto com 30% de PVC, apresenta uma degradação característica de elastômeros. Uma primeira etapa onde as cadeias são quebradas, principalmente, por ação mecânica, diminuindo o valor da propriedade analisada. Em um segundo estágio, pode ser observado um aumento do valor da viscosidade “Mooney”, característico do efeito de aumento de peso molecular, devido ao cruzamento das duplas ligações remanescentes. Em um terceiro estágio, a quebra das cadeias do polímero, pelo efeito da temperatura, pode ser evidenciada pela diminuição do valor de viscosidade “Mooney”.

O produto com 40% de PVC da NITRIFLEX, apresentou uma boa estabilidade, nas condições de teste. Este produto, praticamente, não teve variação no valor da viscosidade “Mooney”.

Dois testes de resistência ao ozônio foram efetuados, o teste com o corpo de prova triangular e o teste com o corpo de prova reto, sob efeito de tração (@ 20% de alongamento). Ambos em câmara para teste de resistência ao ozônio, marca

HAMPDEN, modelo P3 ~ C6.

TABELA 4

TEMPO PARA APARECIMENTO DA PRIMEIRA RACHADURA (h)

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B 〉 1000 972

C 20 10

A-NITRIFLEX NBR/PVC 70/30; B-NITRIFLEX NBR/PVC 60/40; C-N-615B

Na tabela 4, podemos verificar que a amostra do produtos com 40% de PVC supera o produto com 30% de PVC. O padrão de borracha nitrílica pura, N-615B, apresentou rachaduras com apenas 10 horas de exposição à atmosfera rica em ozônio.

CONCLUSÕES

• maior teor de resina PVC incorporado aos compostos,

acarreta uma maior resistência ao ozônio.

• produto com 40% de PVC, apresenta-se mais rígido

originalmente do que o produto com 30% de PVC.

• O “blend” com 40% de PVC, apresenta maior tendência de

ataque do óleo utilizado no teste do que o “blend” com menor teor de PVC.

• uso final do produto pelo cliente, determinará se a

enfâse de propriedades deve ser dada à maior resistência a solventes ou a maior resistência ao ataque do ozônio. Desta forma, deve-se escolher qual o polímero a ser usado.